系外行星是我们最后的边疆

午夜时分,就在几周前,我在一个偏僻的海滩上躺在西海岸的温哥华岛。上方,银河倾泻大量恒星在天空,更丰富的画点彩派画家比我所见过的荣耀。在那一刻,感觉几乎不可避免的1000亿颗行星绕着恒星的星系,一些港口必须生活。

他们的大气层可能已经有了答案。在过去的二十年里,天文学家发现了成千上万的“系外行星”太阳系以外,开始寻找气体可能表明生命的存在。太阳系外行星的科学生物特征可能处于起步阶段,但它将在未来十年开花,化学家将是至关重要的追求。

太空竞赛

第一颗系外行星被发现在一个正常的恒星,最初被称为51 Pegasi b和最近更名为甲菲定,肯定是没有比家更好的地方。轨道非常接近其恒星,它是一个“热木星”:大规模的、灼热的和被辐射。此后,工具,如美国国家航空航天局开普勒太空望远镜已经证实3000多其他外星世界,最常见的是“超级地球”,而是像一个海王星和我们自己的星球。

继任者如美国宇航局的凌日行星调查卫星(苔丝)和欧洲太空总署的描述系外行星卫星(基奥普斯)将添加到太阳系外行星统计时发射在未来的几年中,在巨大的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)使自己于2018年进入太空。

天文学家已经看到水蒸气、一氧化碳和钠各行星大气层气体利用哈勃太空望远镜和地面望远镜。但詹姆斯韦伯太空望远镜将提供一个更全面的观点,研究星光放牧的红外光谱在系外行星的大气层。'这将是我们第一次可以学习很多系外行星的大气层,”麻省理工学院的天文学家Sara Seager说,我们。

詹姆斯韦伯太空望远镜将努力从“地球双胞胎”——收集大气测量岩石行星与薄类太阳恒星周围的气氛,但它应该能够花些时间观察这样的小红矮星周围的行星。了解大气的成分应该提供线索的行星是如何形成的,以及他们是否还可以携带生命的迹象。

找出这些症状可能是一项艰巨的任务。如果一个望远镜光年研究地球的大气层,它可能会看到成千上万的不同气体是由生物。可以说是最强的生命指标将氧气,因为它使大气的21%——没有生命,几乎没有和它有一个强大的,独特的吸收光谱。氧气也是高活性,所以它的存在表明,它正在不断地补充。

在其他行星上,氧气可以由纯粹的化学过程,如二氧化钛的光催化分解水。识别这些“假阳性”如何可能出现是一个重大的挑战。天文学家并不仅仅需要一个清单的潜在生命指标气体;他们还需要确定独特的许多不同的气体和它们的相对比例模式可以作为生物活性指纹。

研究人员聚集在美国宇航局车间2016年西雅图7月下旬开始处理这些问题。西格尔也在开发一个详尽的目录可以出现在太阳系外行星大气层的气体。现在有一个巨大的化学作用,”她说。

遥远的世界

首先,天文学家们渴望的数据他们可能会看到成千上万的可能的气体。他们需要知道可能在太阳系外行星大气的反应路线,以及那些依赖于化学相互作用如何空气、陆地和海洋;地球的温度;和光谱的光闪耀的明星。

化学家可以帮助他们了解是否存在某些活性或毒性气体,在每颗行星的背景下独特的条件,简单地否定生命的可能性。他们可以开发模型表明某些模式的气体是否表明地质过程,或者一个特定的大气光谱缺口指纹可能排除或生物来源。

这将需要一个共同努力,需要科学家之间的跨文化差异。詹姆斯韦伯太空望远镜的数据将非常粗糙与光谱可用于大气化学家研究我们自己的空气,例如,有很多的噪音和波长分辨率较差。不太可能提供任何超过一窥太阳系外行星大气层的各种气体,并将不确定一个结论性的生命指标。

但通过证明这些研究是可行的,它可以支撑未来的望远镜,是致力于研究系外行星。如果化学家可以处理这个不完美的数据,和开发模型和实验室实验来测试假设遥远的世界,他们可以真正帮助探索化学的最后边界。